JP2012028729A - 電極のフリードーピングシステム及びこれを用いる電極のフリードーピング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電極のフリードーピングシステム及びこれを用いる電極のフリードーピング方法を提供する。
【解決手段】電極１２０にリチウムイオンをドーピングするドーピング工程を行うドーピング手段１１０と、開路電位を測定する測定工程を行う測定手段１４０と、該ドーピング工程及び該測定工程のうちのいずれか一つを選択して行う切換え部１３０と、該ドーピング手段１１０、該測定手段１４０及び該切換え部１３０を制御して、測定手段１４０で測定された該開路電位を取得する制御部１５０とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極のフリードーピングシステムに関するもので、開路電位（Ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を測定する測定手段を備える電極のフリードーピングシステム及びこれを用いる電極のフリードーピング方法に関するものである。

一般に、電気化学的エネルギー保存装置は、全ての携帯用情報通信機器、電子機器に必須で用いられる完成品機器の核心部品である。また、電気化学的エネルギー保存装置は、未来型電気自動車、携帯用電子装置等に適用可能な新再生エネルギー分野の高品質エネルギー源として必須で用いられるはずである。

電気化学的エネルギー保存装置のうち電気化学キャパシタは、電気二重層の原理を用いる電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ）と電気化学的酸化−還元反応を用いるハイブリッドスーパーキャパシタ（Ｈｙｂｒｉｄ ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）とに大別される。

該電気二重層キャパシタは、高出力エネルギー特性を必要とする分野で多く用いられているが、小容量の問題を有している。これに比べて、ハイブリッドスーパーキャパシタは電気二重層キャパシタの容量特性を改善する新たな対案として多くの研究が進められてきている。特に、ハイブリッドスーパーキャパシタのうちリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）は、電気二重層キャパシタに比べて３〜４倍程度の蓄積容量を有することができる。

リチウムイオンキャパシタを形成するための工程は、シート形態を有する陽極、分離膜及び陰極を順次に積層して電極積層体を形成する積層工程と、陽極の端子と陰極の端子とを各々溶接する容接工程と、陰極にリチウムイオンをフリードーピングするための前処理ドーピング工程と、電極積層体をアルミニウムでシールするシール工程とを含むことができる。

該陰極にリチウムイオンをフリードーピングするための工程は、電極積層体の最上端層及び最下端層に各々リチウム金属膜を設けた後、電解質溶液に沈漬させることによって行われることができる。このようなフリードーピング工程は、電解液内で陽極及び陰極に電圧を印加して充電する工程と、陽極とリチウム金属との間に放電する工程とを数回行うので、外部電流／電圧を印加するための装置を構築しなければならないと共に、リチウムイオンが電極積層体の内部に設けられた陰極に均一にドーピングされるまでの期間が２０日程度を要して、量産への適用に難しさがあるという不都合がある。
この時、積層工程前に陰極にフリードーピング工程を行った後、陰極、セパレータ及び陽極の積層工程を行うことによって、フリードーピング工程時間を短縮することができる。

特開２００８−１６１９９号公報

しかしながら、高容量のリチウムイオンキャパシタに積層される電極の個数が増加するようになって、各々の陰極にドーピング工程を行わなければならないため、制限された高容量のリチウムイオンキャパシタを製造するための工程時間が増加するという問題があった。

また、リチウムイオンのドーピングされた陰極は、水分に非常に敏感で取扱が容易なことでないため、ドーピング工程中及び工程後の組立工程において陰極のドーピングレベルを確認するに難しく、リチウムイオンキャパシタの信頼性を確保するに難しいと共に、量産に適用するのに限界があった。

そのため、リチウムイオンキャパシタの量産性を向上させるために、積層前に陰極にフリードーピング工程を行いようとしたが、実に陰極に対してフリードーピング工程を制御することができなかった。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、開路電位を測定する測定手段を備えて、電極のフリードーピング工程を制御可能な電極のフリードーピングシステム及びこれを用いる電極のフリードーピング方法を提供するに、その目的がある。

上記目的を解決するために、本発明による電極のフリードーピングシステムは、電極にリチウムイオンをドーピングするドーピング工程を行うドーピング手段と、前記開路電位を測定する測定工程を行う測定手段と、前記ドーピング工程及び前記測定工程のうちのいずれか一つを選択して行う切換え部と、前記ドーピング手段、前記測定手段及び前記切換え部を制御して、前記測定手段で測定された前記開路電位を取得する制御部と、を含むことができる。

前記ドーピング手段は、前記電極を含浸する電解液を収容するドーピング槽と、前記電極と共に前記電解液に含浸され前記リチウムイオンを供給する金属と、を含むことができる。

また、前記電極と対向する前記金属の一面にセパレータを備えることができる。

また、前記切換え部は、前記リチウムイオンの供給源と電気的に接続される共通接点と接続される一側端子と、前記電極と電気的に接続される第１の接点または前記測定手段を介して前記電極と電気的に接続される第２の接点に選択的に接続する他側端子と、を含むことができる。

また、前記電極は、集電体と、該集電体の少なくとも一面に配置され、前記リチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングする活物質層とを含むことができる。

また、前記ドーピング手段の温度を制御する温度制御部をさらに含むことができる。

また、前記温度制御部により前記ドーピング手段を加熱する加熱手段をさらに含むことができる。

また、前記ドーピング手段に、前記電極及び前記リチウムイオン供給源を投入及び排出する移動手段をさらに含むことができる。

また、前記移動手段は、前記電極及び前記リチウムイオンの供給源を載置して移動するキャリアと、前記キャリアの移動をガイドするスライディングレールと、前記スライディングレール上に前記キャリアを移動させる駆動部と、を含むことができる。

また、前記リチウムイオンの供給源は、前記電極と対向して配置されたリチウムイオンを含む金属を含むことができる。

上記目的を解決するために、本発明の他の好適な実施形態による電極のフリードーピングシステムは、電解液を収容するドーピング槽と、該ドーピング槽に収容された電解液に電極及び金属を含浸または排出するキャリアと、該キャリアの移動をガイドするスライディングレールと、該スライディングレール上に前記キャリアを移動させる駆動部と、前記開路電位を測定する測定手段と、前記電極、前記金属及び前記測定手段を選択的に接続させる切換え部と、を含むことができる。

該前記切換え部は、前記金属と電気的に接続される共通接点と接続される一側端子と、前記電極と電気的に接続される第１の接点または前記測定手段を介して前記電極と電気的に接続される第２の接点に選択的に接続する他側端子と、を含むことができる。

また、前記駆動部は、駆動力を発生する駆動モータと、前記駆動力により回転するタイミングベルトと、該タイミングベルトの回転で前記キャリアを移動させる送りネジと、を含むことができる。

また、前記ドーピング槽の下部に配置され、前記電解液の温度を調節する加熱手段をさらに含むことができる。

また、前記開路電位をリアルタイムで出力するディスプレイ装置をさらに含むことができる。

また、前記ディスプレイ装置は、前記駆動部、前記測定手段及び前記切換え部を操作する操作信号を入力する入力装置をさらに含むことができる。

また、前記入力装置は、タッチパネルを含むことができる。

また、前記電極と対向する前記金属の一面にセパレータを設けることができる。

また、前記電極の端子は、前記電解液から露出されることができる。

また、前記電極は、集電体と、該集電体の少なくとも一面に配置され、前記リチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングする活物質層とを含むことができる。

また、上記目的を解決するために、本発明のさらに他の好適な実施形態による電極のフリードーピング方法は、電解液に金属及び電極を含浸するステップと、前記金属から前記電極にリチウムイオンをドーピングするステップと、前記開路電位を測定するステップと、前記開路電位が設定値に到達するまでに前記ドーピングステップ及び前記測定ステップを繰返して行うステップと、を含むことができる。

前記開路電位を測定するステップは、前記電極のドーピング工程を中止した後、行われてもよい。

また、前記電極のドーピング工程の前に、前記電解液の温度を調節するステップをさらに含むことができる。

本発明の実施形態による電極のフリードーピングシステムによれば、開路電位を測定する測定手段を備え、電極のドーピングレベルを検証可能で、リチウムイオンキャパシタの信頼性及びサイクル特性を向上させることができる。

また、本発明による電極のフリードーピングシステムによれば、測定手段を備えて、電極のフリードーピング工程を制御可能で、工程設計で量産に容易に適用することができる。

また、本発明による電極のフリードーピングシステムによれば、温度制御部をさらに備えて、ドーピング工程の速度を制御することができる。

本発明の第１の実施形態による電極のフリードーピングシステムの概念図である。 同じく、電極のフリードーピングシステムの具体的な形態を示す側断面図である。 図２中の電極のフリードーピングシステムの上面図である。 本発明の第３の実施形態による電極のフリードーピング工程を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。

図１は、本発明の第１の実施形態による電極のフリードーピングシステムの概念図である。

図１を参照して、本発明の第１の実施形態による電極のフリードーピングシステム１００は、ドーピング手段１１０と、切換え部１３０と、測定手段１４０と、制御部１５０とを含むことができる。

電極のフリードーピングシステム１００は、リチウムイオンキャパシタを製造するための陽極、セパレータ及び陰極の積層工程の前に、陰極にリチウムイオンをドーピングするための装置であってもよい。

ドーピング手段１１０は、電極１２０にドーピング工程を行う役割をすることができる。ドーピング手段１１０はドーピング槽１１１及び金属１１３を含むことができる。

該ドーピング槽１１１は電解液１１２を収容するもので、開口された上面を備えることができる。これにより、ドーピング槽１１１の内部へ電極１２０及び金属１１３を容易に投入して排出させることができる。電解液１１２は、リチウムイオンを移動させることができる媒質の役割をするもので、高電圧で電気分解を起こさなくてリチウムイオンを安定して存在させるような材料から成ることができる。例えば、電解液１１２はリチウム塩が溶解された溶媒を含むことができる。リチウム塩の例としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ_４等が挙げられる。また、溶媒の例としては、非プロトン性有機溶媒が挙げられる。本発明の実施形態では、電解液１１２の材料に対して限定するのではない。

また、金属１１３は、電極１２０にドーピングされるリチウムイオン供給源の役割をすることができる。すなわち、金属１１３はリチウムイオンを含有している材料であってもよい。該金属材料の例としては、リチウム及びリチウム合金が挙げられる。金属１１３と電極１２０とがショートされる場合、金属１１３と電極１２０との間の電位差によって、リチウムイオンは、電極１２０にドーピングされることができる。

該電極１２０と対向する金属１１３の一面に、セパレータ１１４をさらに設けることができる。該セパレータ１１４は、金属１１３と直接接触するのを防止する役割をすることができる。これは、金属１１３と電極１２０との直接的な接触によりドーピング工程が行われることになり、ドーピング工程の制御が難しくなり、電極１２０に対して均一なドーピング工程を行うことができないためである。すなわち、セパレータ１１４は電極１２０のドーピング工程を安定化させる役割をすることができる。

切換え部１３０は、電極１２０のドーピング工程及び電極１２０の開路電位（Ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を測定する測定工程のうちのいずれか一つを選択する役割をすることができる。切換え部１３０はリレイスイッチを含むことができる。例えば、切換え部１３０は共通接点１３１と接続される一側端子と、第１及び第２の接点１３２、１３３のうちのいずれか一つを選択して接続する他側端子とを含むことができる。共通接点１３１は金属１１３と電気的に接続されてもよい。また、第１の接点１３２は電極１２０と電気的に接続されてもよい。また、第２の接点１３３は測定手段１４０を介して電極１２０と電気的に接続されてもよい。

これにより、切換え部１３０の切り換えによりドーピング手段１１０がドーピング工程を行うか、または測定手段１４０が電極１２０の開路電位を測定する測定工程を選択的に行うことができる。

測定手段１４０は、電極１２０の開路電位（Ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を測定する。該電極１２０の開路電位は、電解液１１２内で電極１２０と金属１１３とがオープンされた時、電解液１１２内に沈漬された基準電極、すなわち金属１１３を測定手段１４０に接続して測定された電極１２０の電位値であってもよい。該電極１２０にドーピングされたリチウムイオンのドーピング量によって、電極１２０の開路電位は変化されることができる。例えば、電極１２０にリチウムイオンのドーピング量が増加するほど、電極１２０の開路電位は減少される。これにより、ドーピングレベルは、測定手段１４０で測定された電極１２０の開路電位で判断されることができる。

制御部１５０はドーピング工程及び測定工程を制御し、測定手段１４０で測定された電極１２０の開路電位に対する情報を取得する。制御部１５０は切換え部１３０と接続され、制御命令によって切換え部１３０を制御して、ドーピング工程及び測定工程のうちのいずれか一つを選択して行うことができる。

また、制御部１５０は測定手段１４０と接続され、測定手段１４０に電極１２０の開路電位を測定するための測定信号を印加する。また、制御部１５０は測定信号によって測定手段１４０で測定されたデータ、すなわち電極１２０の開路電位に対する情報を取得する。

また、電極のフリードーピングシステム１００は、ドーピング工程の速度を制御するために、ドーピング手段１１０の温度、すなわちドーピング槽１１１に収容された電解液１１２の温度を制御する温度制御部１５０をさらに含むことができる。これは、ドーピング速度は、電解液１１２の温度により影響を受けるので、電解液１１２の温度によってドーピング速度を制御することができる。

温度制御部１５０は、制御部１５０と接続されてもよい。温度制御部１５０は制御部１５０から与えられた温度制御命令によってドーピング手段１１０の温度を制御することができる。また、温度制御部１５０はドーピング手段１１０の温度情報を制御部１５０に与え、制御部１５０はドーピング手段１１０の温度環境に対する情報に基づいて温度制御部１５０に温度制御命令を生成することができる。

また、電極のフリードーピングシステム１００は、ドーピング手段１１０へ電極１２０を投入または排出する移動手段をさらに含むことができる。該移動手段は、ドーピング手段１１０内に電極１２０と共に金属１１３を投入することができる。移動手段は、電極１２０を載置して移動するキャリアと、該キャリアの移動をガイドするスライディングレールと、スライディング上でキャリアを移動させる駆動部とを含むことができる。

また、電極のフリードーピングシステム１００は、制御部１５０から電極１２０の開路電位を受けてリアルタイムで出力するディスプレイ装置をさらに含むことができる。

また、電極のフリードーピングシステム１００を操作するための操作信号を入力する入力装置をさらに含むことができる。入力装置を通じて、作業者は電極のフリードーピングシステムの作動を操作することができる。該入力装置は、ディスプレイ装置内に設置されたタッチパネルの形態であってもよい。

一方、電極１２０はリチウムイオンキャパシタの陰極であってもよい。

電極１２０は、集電体１２１と、該集電体１２１の少なくとも一面に配置され、リチウムイオンを可逆的にドーピングまたは脱ドーピング可能な活物質層１２２とを含むことができる。該集電体１２１は金属メッシュまたは金属ホイルから成ることができる。該金属の例としては、銅及びニッケルのうちのいずれか一つが挙げられ、これに限定するものではない。また、活物質層１２２は、リチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピング可能な炭素材料、例えばグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）を含むことができる。

また、電極１２０は集電体１２１の一端から延びて外部回路部と電気的に接続する端子１２３をさらに含むことができる。該端子１２３は、集電体１２１から延びて突設されていることができる。すなわち、端子１２３は集電体１２１と一体にから成ることができる。

該電極１２０にドーピング工程を行うために電解液１１２に含浸する場合、電極１２０の端子１２３は電解液１１２から露出される。これは、端子１２３が電解液１１２により汚染される場合、リチウムイオンキャパシタを形成するための端子１２３の溶着工程で溶着不良を引き起こす恐れがあるためである。

本発明の実施形態において、電極１２０のフリードーピング工程は、１つの電極１２０に対して行うことと示したが、これに限定されるのではなく、多数個の電極に対してフリードーピング工程を各々行ってもよい。

本発明の実施形態のように、電極のフリードーピングシステム１００を利用して電極１２０にリチウムイオンをフリードーピングする場合、電極１２０のドーピングレベルをリアルタイムでモニターリングでき、電極１２０に実際にドーピングされた実ドーピング量が設定ドーピング量に比べて未達されるか、または超過するのを防止することができる。これにより、電極のフリードーピングシステム１００を利用してフリードーピングされた陰極を利用してリチウムイオンキャパシタを製造する場合、リチウムイオンキャパシタの信頼性及びサイクル特性を向上させることができる。

また、本発明の実施形態による電極のフリードーピングシステム１００は、電極１２０のドーピングレベルをリアルタイムで確認して、電極１２０のフリードーピング工程を制御することができる。これにより、電極のフリードーピングシステム１００は工程設計を通じて量産に容易に適用することができる。

また、本発明の電極のフリードーピングシステム１００は温度制御部１５０をさらに備えて、ドーピング工程の速度を制御することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態による電極のフリードーピングシステムの具体的な形態を示す側断面図である。

図３は、図２の電極のフリードーピングシステムの上面図である。

図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施形態による電極のフリードーピングシステム１００はドーピング槽１１１、キャリア２１０、スライディングレール２２０、駆動部２３０、測定手段１４０及び切換え部１３０を含むことができる。

ドーピング槽１１１は、リチウムイオンの移動のための電解液１１２を収容する。ドーピング槽１１１は関口された上面を備えることができる。該開口された上面を通じてドーピング槽１１１内部へ投入された電極１２０及び金属１１３はドーピング槽１１１に収容された電解液１１２に含浸されることになる。

ドーピング槽１１１は、外側に配置されたフレーム３００により固定される。

キャリア２１０は、電極１２０を載置して電極１２０を移動させる役割をすることができる。該電極１２０は集電体１２１と、該集電体１２１の少なくとも一面に配置され、リチウムイオンを可逆的にドーピングまたは脱ドーピング可能な活物質層１２２とを含むことができる。また、電極１２０は集電体１２１の一端から延びて外部回路部と電気的に接続する端子１２３をさらに含むことができる。

キャリア２１０は、金属１１３を載置して電極１２０と共に移動させることができる。該金属１１３はリチウムイオンの供給源である。金属１１３の例としては、リチウムまたはリチウム合金が挙げられる。また、電極１２０と対向する金属１１３の一面にセパレータを設けて、ドーピング工程を安定化させることができる。

キャリア２１０は、電極１２０の活物質層１２２と金属１１３とを互いに対向するように載置させることができる。例えば、電極１２０が集電体１２１の両面に活物質層１２２を備える場合、金属１１３は電極１２０の両面に各々対抗するように配置されることができる。

キャリア２１０は、電極１２０のドーピング工程を行うためにドーピング槽１１１上部から下部へ下降してドーピング槽１１１に収容された電解液１１２に電極１２０及び金属１１３を含浸させることができる。該電極１２０の端子１２３は、電解液１１２から露出するようにして、電極１２０の端子１２３が電解液１１２により汚染されるのを防止する。また、電極１２０のドーピング工程が完了する場合、キャリア２１０はドーピング槽１１１の下部から上部に上昇してドーピング槽１１１に収容された電解液１１２から電極１２０及び金属１１３を排出することができる。

スライディングレール２２０はキャリア２１０と接続されており、ドーピング槽１１１の外側に配置されている。該スライディングレール２２０は、フレーム３００により固定されていることができる。該スライディングレール２２０はキャリア２１０の移動をガイドする役割をすることができる。

駆動部２３０は、ドーピング槽１１２の外側に配置されたフレーム３００により固定されていることができる。該駆動部２３０は、駆動力を形成する駆動モータ２３１と、該駆動モータ２３１から与えられる駆動力により回転するタイミングベルト２３２と、該タイミングベルト２３２と接続され該タイミングベルト２３２の回転でキャリア２１０を昇降させる送りネジ２３３とを含むことができる。送りネジ２３３とスライディングレール２２０とは互いに平行し、ドーピング槽１１２の外側に配置されたフレーム３００に固定される。

測定手段１４０はドーピング槽１１２の外側に配置されていることができる。該測定手段１４０はフレーム３００の外部に配置されていることと示したが、望ましくは、フレーム３００の内側に埋設されてもよい。

測定手段１４０は、電極１２０のドーピング工程を行う間に、電極１２０のドーピングレベルを確認するために電極１２０の開路電位を測定する役割をする。該測定手段１４０は電極１２０のドーピング工程を中止させた後測定工程を行ってもよい。測定手段１４０は金属１１３を基準電極として使用することができる。該測定手段１４０は金属１１３と電気的に接続され、電解液１１２に含浸されている電極１２０の電位を測定することができる。

続いて、測定手段１４０の測定工程が完了すれば、電極１２０と金属１１３とをショートして電極１２０のドーピング工程を再度行う。これにより、電極１２０のドーピング工程のうちに電極１２０の開路電位を測定することによって、ドーピングレベルをリアルタイムで確認することができる。

切換え部１３０は、フレーム３００の外部に配置されたことに示したが、望ましくは、測定手段１４０と共にフレーム３００の内側に埋設されてもよい。

切換え部１３０は、電極１２０、金属１１３及び測定手段１４０を選択的に接続させる。すなわち、切換え部１３０は電極のフリードーピングシステム１００においてドーピング工程または測定工程を選択して行うことができる。該切換え部１３０はリレイスイッチであってもよい。例えば、切換え部１３０は共通接点１３１と接続される一側端子と、第１及び第２の接点１３２、１３３のうちのいずれか一つと選択的に接続される他側端子とを含むことができる。共通接点１３１は金属１１３と電気的に接続している。また、第１の接点１３２は電極１２０と電気的に接続され、第２の接点１３３は測定手段１４０を介して電極１２０と電気的に接続されてもよい。これにより、切換え部１３０の切り換えによりドーピング工程または測定工程が選択的に行われることができる。

また、電極のフリードーピングシステム１００は、測定手段１４０で測定された電極１２０の開路電位をリアルタイムで出力するディスプレイ装置４００をさらに含むことができる。作業者は、ディスプレイ装置４００から与えられる電極１２０の開路電位をモニターリングして、電極１２０のフリードーピング工程を制御することができる。

また、作業者によって駆動部２３０、測定手段１４０及び切換え部１３０を操作するための操作信号を入力する入力装置をさらに含むことができる。該入力装置は、ディスプレイ装置４００に設けられたタッチパネルで構成されることができる。

また、ディスプレイ装置４００は、制御部、すなわちＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ ＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を備え、操作信号によって駆動部２３０、測定手段１４０及び切換え部１３０を制御する制御信号を出力する。

また、ドーピング槽１１１の下部に加熱手段１７０がさらに配置されることができる。該加熱手段１７０はドーピング槽１１１に収容された電解液１１２の温度を一定温度まで上昇させて、電極１２０のドーピング工程を極大化することができる。該一定温度は６０℃であり、これに限定するものではない。

また、加熱手段１７０と接続されて加熱手段１７０を制御する温度制御部１５０がさらに備わることができる。該温度制御部１５０は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から与えられる温度制御命令によって加熱手段１７０を制御して、電解液１１２の温度を調節することができる。また、温度制御部１５０は電解液１１２の温度をＭＣＵに与える。該ＭＣＵは、電解液の温度環境に対する情報に基づいて温度制御部１５０に温度制御命令を下すことができる。これにより、電極１２０のドーピングレベルによって電極１２０のドーピング工程速度を調節でき、電極１２０の生産効率性を増大させることができる。

以下、図４を参照して、本発明の実施形態による電極のフリードーピング工程を詳細に説明するようにする。

図４は、本発明の第３の実施形態による電極のフリードーピング工程を示すフローチャートである。

図４を参照して、本発明の第３の実施形態による電極のフリードーピング工程を行うために、まず電解液の温度が効率よく電極のフリードーピング工程を行うように設定された温度かを判断する。該電解液の設定温度は６０℃であるが、これを限定するのではない。該電解液の設定温度は、電極のフリードーピング工程の工程因子、例えば電極の形態、電極のドーピングレベル、電解液の種類等によって変更されてもよい（Ｓ１０）。

該電解液の温度が設定温度に到達しない場合、該電解液の温度を調節する。該電解液の温度は、電解液を収容したドーピング槽の下部に配置された加熱手段によって調節され得る。ステップＳ１１の後、加熱手段により電解液の温度が調節されると、再度電解液の温度が設定温度に到達したかを判断する（Ｓ１０）。

電解液の温度が設定温度に到達する場合、金属と電極とを電解液に含浸する。該金属は、リチウムイオンを含有しているもので、リチウムイオンの供給源としての役割をする。金属と電極との活物質層は、互いに対向するように配置されるようにする（Ｓ２０）。

続いて、電解液に含浸された金属と電極とをショートさせる。金属と電極とは電位差によって、金属のリチウムイオンは電極にドーピングされることになる。続いて、電極にリチウムイオンをドーピングする工程を行う（Ｓ３０）

続いて、ドーピング工程、すなわち金属と電極とのショートは、設定された時間まで維持した後（Ｓ４０）、金属と電極とをオープンさせる。金属と電極とがオープンされることによって、電極のドーピング工程は中断されることになる（Ｓ５０）。

金属と電極とをオープンさせた後、開路電位を測定する。該開路電位は、金属を基準電極として使用して測定され得る。該開路電位は、電極のドーピング量によって減少されることができる。すなわち、開路電位を測定することによって、電極のドーピングレベルを判断することができる（Ｓ６０）。

電極の開路電位を測定した後、該開路電位が設定された開路電位と一致するかを判断する（Ｓ７０）。

該開路電位が設定された開路電位に到達できない場合、電極と金属とをショートするステップ（Ｓ３０）と、電極と金属とのショートを一定時間維持するステップ（Ｓ４０）と、電極と金属とをオープンするステップ（Ｓ５０）と、開路電位を測定するステップ（Ｓ６０）とを再度反復して行う。

開路電位が設定された開路電位に到達した場合、電極を電解液から排出することによって（Ｓ８０）、電極のフリードーピング工程を終了する。該金属は、電極と共に電解液から排出されることができる。

したがって、本発明の実施形態のように、電極のフリードーピング工程は、開路電位を測定して、ドーピング工程中にリアルタイムで電極のドーピングレベルを確認することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 電極のフリードーピングシステム
１１０ ドーピング手段
１１１ ドーピング槽
１１２ 電解液
１１３ 金属
１１４ セパレータ
１２０ 電極
１３０ 切換え部
１４０ 測定手段
１５０ 制御部
１６０ 温度制御部
１７０ 加熱手段
２１０ キャリア
２２０ スライディングレール
２３０ 駆動部
３００ フレーム
４００ ディスプレイ装置

Claims (23)

1. 電極にリチウムイオンをドーピングするドーピング工程を行うドーピング手段と、
   前記開路電位を測定する測定工程を行う測定手段と、
   前記ドーピング工程及び前記測定工程のうちのいずれか一つを選択して行う切換え部と、
   前記ドーピング手段、前記測定手段及び前記切換え部を制御して、前記測定手段で測定された前記開路電位を取得する制御部
   とを含む電極のフリードーピングシステム。
2. 前記ドーピング手段は、
   前記電極を含浸する電解液を収容するドーピング槽と、
   前記電極と共に前記電解液に含浸され、前記リチウムイオンを供給する金属
   とを含む請求項１に記載の電極のフリードーピングシステム。
3. 前記電極と対向する前記金属の一面にセパレータを設ける請求項２に記載の電極のフリードーピングシステム。
4. 前記切換え部は、
   前記リチウムイオンの供給源と電気的に接続される共通接点と接続される一側端子と、
   前記電極と電気的に接続される第１の接点または前記測定手段を介して前記電極と電気的に接続される第２の接点に選択的に接続される他側端子
   とを含む請求項１に記載のフリードーピングシステム。
5. 前記電極は、集電体と、該集電体の少なくとも一面に配置され、前記リチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングする活物質層とを含む請求項１に記載の電極のフリードーピングシステム。
6. 前記ドーピング手段の温度を制御する温度制御部を、さらに含む請求項１に記載の電極のフリードーピングシステム。
7. 前記温度制御部により前記ドーピング手段を加熱する加熱手段を、さらに含む請求項６に記載の電極のフリードーピングシステム。
8. 前記ドーピング手段に前記電極及び前記リチウムイオン供給源を投入及び排出する移動手段を、さらに含む請求項１に記載の電極のフリードーピングシステム。
9. 前記移動手段は、
   前記電極及び前記リチウムイオンの供給源を載置して移動するキャリアと、
   前記キャリアの移動をガイドするスライディングレールと、
   前記スライディングレール上に前記キャリアを移動させる駆動部
   とを含む請求項８に記載の電極のフリードーピングシステム。
10. 前記リチウムイオンの供給源は、前記電極と対向して配置されたりチウムイオンを含む金属を含む請求項１に記載の電極のフリードーピングシステム。
11. 電解液を収容するドーピング槽と、
    前記ドーピング槽に収容された電解液に電極及び金属を含浸または排出するキャリアと、
    前記キャリアの移動をガイドするスライディングレールと、
    前記スライディングレール上に前記キャリアを移動させる駆動部と、
    前記開路電位を測定する測定手段と、
    前記電極、前記金属及び前記測定手段を選択的に接続させる切換え部
    とを含む電極のフリードーピングシステム。
12. 前記切換え部は、前記金属と電気的に接続される共通接点と接続される一側端子と、
    前記電極と電気的に接続される第１の接点または前記測定手段を介して前記電極と電気的に接続される第２の接点に選択的に接続する他側端子
    とを含む請求項１１に記載の電極のフリードーピングシステム。
13. 前記駆動部は、
    駆動力を発生する駆動モータと、
    前記駆動力により回転するタイミングベルトと、
    前記タイミングベルトの回転で前記キャリアを移動させる送りネジ
    とを含む請求項１１に記載の電極のフリードーピングシステム。
14. 前記ドーピング槽の下部に配置され、前記電解液の温度を調節する加熱手段をさらに含む請求項１１に記載の電極のフリードーピングシステム。
15. 前記開路電位をリアルタイムで出力するディスプレイ装置を、さらに含む請求項１１に記載の電極のフリードーピングシステム。
16. 前記ディスプレイ装置は、前記駆動部、前記測定手段及び前記切換え部を操作するための操作信号を入力する入力装置を、さらに含む請求項１５に記載の電極のフリードーピングシステム。
17. 前記入力装置は、タッチパネルを含む請求項１６に記載の電極のフリードーピングシステム。
18. 前記電極と対向する前記金属の一面にセパレータを備える請求項１１に記載の電極のフリードーピングシステム。
19. 前記電極の端子は、前記電解液から露出する請求項１１に記載の電極のフリードーピングシステム。
20. 前記電極は、集電体と、該集電体の少なくとも一面に配置され、前記リチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングする活物質層とを含む請求項１１に記載の電極のフリードーピングシステム。
21. 電解液に金属及び電極を含浸するステップと、
    前記金属から前記電極にリチウムイオンをドーピングするステップと、
    前記開路電位を測定するステップと、
    前記開路電位が設定値に到達するまでに前記ドーピングステップ及び前記測定ステップを繰返して行うステップ
    とを含む電極のフリードーピング方法。
22. 前記開路電位を測定するステップは、前記電極のドーピング工程を中止した後行う請求項２１に記載の電極のフリードーピング方法。
23. 前記電極のドーピング工程の前に、前記電解液の温度を調節するステップを、さらに含む請求項２１に記載の電極のフリードーピング方法。

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